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title: "Calibración y dBFS"
description: "Calibración SPL física y análisis digital a fondo de escala."
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phonometry puede devolver resultados en **nivel de presión sonora físico
(dB SPL)** o en **decibelios relativos a fondo de escala digital (dBFS)**.


## ¿Por qué calibrar? La teoría

Una grabación digital solo conoce *números*: una senoide a fondo de escala es
±1,0 tanto si era un susurro como un motor a reacción. Para expresar niveles
de presión sonora físicos, la cadena micrófono → preamplificador → ADC debe
caracterizarse con un único número, el **factor de sensibilidad** $S$, que
convierte unidades digitales en pascales:

$$
p(t) = S\ x(t) \qquad S = \frac{p_\text{ref}\cdot 10^{L_\text{cal}/20}}{\tilde{x}_\text{ref}}
$$

donde $L_\text{cal}$ es el nivel del calibrador (típicamente 94 dB, es decir,
1 Pa), $p_\text{ref} = 20\ \mu\text{Pa}$ y $\tilde{x}_\text{ref}$ es el RMS
del tono de calibración grabado, en unidades digitales.
`sensitivity()` es exactamente esa ecuación. El factor vale mientras
nada cambie en la cadena — si tocas la ganancia, recalibra.

<img class="light-only" src="https://raw.githubusercontent.com/jmrplens/phonometry/main/.github/images/diagram_calibration_setup_es.svg" alt="Cadena de calibración: calibrador acústico acoplado al micrófono, preamplificador, ADC y sensitivity produciendo pascales por unidad digital" style="width:92%"><img class="dark-only" src="https://raw.githubusercontent.com/jmrplens/phonometry/main/.github/images/diagram_calibration_setup_es_dark.svg" alt="Cadena de calibración: calibrador acústico acoplado al micrófono, preamplificador, ADC y sensitivity produciendo pascales por unidad digital" style="width:92%">

## Calibración física (sonómetro)

```mermaid
flowchart LR
    A["Tono del calibrador\n94 dB @ 1 kHz\n(IEC 60942)"] --> B["Grabación\ncalibrator_recording"]
    B --> C["sensitivity()"]
    C --> D["calibration_factor\n(unidades digitales → Pa)"]
    D --> E["octave_filter / leq / laeq / ln_levels"]
    F["Grabación de\nmedición"] --> E
    E --> G["Niveles en dB SPL\n(re 20 µPa)"]
```

Para obtener mediciones SPL precisas a partir de una grabación digital, primero
debes calcular la sensibilidad de tu cadena de medición usando un tono de
referencia (p. ej. 94 dB @ 1 kHz).

```python
import numpy as np
from phonometry import octave_filter, sensitivity

# 1. Graba la señal de tu calibrador de 94 dB (1 kHz, 1 Pa RMS = 94 dB SPL)
fs = 48000
# calibrator_recording: tu tono de calibrador de 1 kHz grabado (1 Pa RMS = 94 dB SPL).
#   Sintetizado aquí para que la guía funcione; en una medición real graba tu calibrador.
calibrator_recording = np.sqrt(2) * np.sin(2 * np.pi * 1000 * np.arange(fs) / fs)
# recording: la captura de micrófono que quieres calibrar, misma cadena de entrada (Pa tras calibrar).
#   Sintetizada aquí; en una medición real es tu señal grabada.
recording = 0.2 * np.sin(2 * np.pi * 1000 * np.arange(fs) / fs)

# 2. Calcula el factor de sensibilidad
calibration_factor = sensitivity(calibrator_recording, target_spl=94.0, fs=fs)

# 3. Aplica la calibración a tus mediciones
spl, freq = octave_filter(recording, fs, calibration_factor=calibration_factor)
# ¡Ahora los valores de 'spl' son dB SPL reales!
```

El mismo `calibration_factor` funciona en toda la librería: `octave_filter`,
`OctaveFilterBank`, `leq`, `laeq` y `ln_levels`.

## Supuestos del calibrador (IEC 60942)

`sensitivity` asume que la grabación de referencia procede de un
calibrador acústico según **IEC 60942** (clases LS, 1 y 2):

- El `target_spl=94.0` por defecto corresponde a la salida habitual de 94 dB
  @ 1 kHz (la norma exige que el nivel principal sea al menos 90 dB re 20 µPa;
  94 dB y 114 dB son los valores usuales).
- La sensibilidad resultante hereda la tolerancia de clase del calibrador —
  p. ej. ±0,4 dB para clase 1 entre 160 Hz y 1,25 kHz (IEC 60942, Tabla 1) —
  más el error de estimación RMS de tu grabación.
- IEC 60942 especifica el nivel generado como promedio de 20 s: graba unos
  segundos de tono *estable* (excluyendo el ruido de manipulación del
  principio y el final) para que la estimación RMS converja.

### Validación automática de estabilidad

Si pasas la frecuencia de muestreo (y `validate=True`, el valor por defecto),
`sensitivity(ref, fs=fs)` comprueba la grabación igual que la
IEC 60942:2017 comprueba el calibrador (5.3.3): la *fluctuación de nivel a
corto plazo* — el valor absoluto de la diferencia entre cada uno de los niveles
máximo y mínimo con ponderación temporal F y el nivel medio — no debe superar
el límite de clase 1 de la Tabla 2 para la frecuencia nominal del calibrador
(0,07 dB desde 160 Hz, relajado a 0,10 dB por debajo de 160 Hz y a 0,20 dB por
debajo de 63 Hz, donde la propia ponderación F ondula). Pasa `frequency=` para
seleccionar la fila correcta en calibradores que no sean de 1 kHz. Un
`CalibrationWarning` delata micrófonos mal acoplados o ruido de manipulación
antes de que corrompan silenciosamente todos los niveles calibrados. La
grabación debe durar al menos 2 s (1 s para que el integrador F se asiente más
1 s de envolvente estable); con grabaciones más cortas se avisa en lugar de dar
un veredicto poco fiable. Sin `fs` la comprobación se omite. Sobrescribe el
límite con `max_fluctuation_db` o desactiva con `validate=False`.

La comprobación caza justo lo que arruina las calibraciones de campo — un acoplador flojo,
viento, ruido de manipulación:

<img class="light-only" src="https://raw.githubusercontent.com/jmrplens/phonometry/main/.github/images/calibration_stability_es.png" alt="Nivel con ponderación F de un tono de calibración estable frente a otro con AM del 3 % contra el límite de ±0,07 dB de clase 1 de IEC 60942" style="width:80%"><img class="dark-only" src="https://raw.githubusercontent.com/jmrplens/phonometry/main/.github/images/calibration_stability_es_dark.png" alt="Nivel con ponderación F de un tono de calibración estable frente a otro con AM del 3 % contra el límite de ±0,07 dB de clase 1 de IEC 60942" style="width:80%">

### Parámetros de `sensitivity()`

| Parámetro | Tipo / forma | Unidades | Rango / defecto | Notas |
| :--- | :--- | :--- | :--- | :--- |
| `ref_signal` | array 1D/2D | unidades digitales | no vacío, no silencio | Grabación solo del tono de calibración (recorta el ruido de manipulación) |
| `target_spl` | float | dB re 20 µPa | defecto `94.0` | Nivel nominal del calibrador (calibradores de 114 dB: pasa `114.0`) |
| `ref_pressure` | float | Pa | defecto `2e-5` | Presión de referencia p₀; rara vez se cambia |
| `fs` | int, opcional | Hz | > 0; defecto `None` | Necesario para la validación de estabilidad; omítelo para saltarla |
| `validate` | bool | — | defecto `True` | Emite `CalibrationWarning` con grabaciones inestables/cortas |
| `max_fluctuation_db` | float, opcional | dB | defecto `None` → Tabla 2 clase 1 | Sobrescritura explícita del límite de estabilidad |
| `frequency` | float | Hz | defecto `1000.0` | Frecuencia nominal del calibrador; elige la fila de la Tabla 2 de IEC 60942 |
| `narrowband` | bool | — | defecto `False` | Estima el tono con un detector coherente (Goertzel) cerca de `frequency` (requiere `fs`) en lugar del RMS de banda completa; rechaza el zumbido/ruido de banda ancha que si no infla el RMS y reduce todos los niveles posteriores (~−0,44 dB a 20 dB de SNR). Actívalo para grabaciones de acoplador ruidosas |

Devuelve el factor de sensibilidad (float) para pasarlo como
`calibration_factor=` a `octave_filter`, `leq`, `laeq`, `ln_levels`, `lc_peak`,
`sel` y las funciones de dosis.

## Análisis digital (dBFS)

Si trabajas con archivos de audio digital (WAV, FLAC…) y quieres analizar
niveles relativos al fondo de escala en lugar de presión física, usa el
parámetro `dbfs=True`.

En este modo:

* **0 dBFS** corresponde a un nivel numérico de señal de 1,0 (RMS o pico).
* `calibration_factor` no aplica (dBFS es relativo al fondo de escala digital).
* Útil para analizar headroom, mastering digital o señales normalizadas.

```python
# Suponiendo que 'recording' está normalizada entre -1.0 y 1.0
spl_dbfs, freq = octave_filter(recording, fs, dbfs=True)
# Los resultados serán negativos (p. ej. -20 dBFS)
```

## RMS vs niveles de pico

phonometry admite dos modos de medición, alineados con software profesional
como BK:

- **RMS (`mode='rms'`)**: nivel energético (estándar).
- **Pico (`mode='peak'`)**: máximo absoluto alcanzado en el frame (peak-holding).

```python
# Medir niveles de pico para análisis de impactos
spl_peak, freq = octave_filter(recording, fs, mode='peak')
```

:::note
`mode='peak'` mide el máximo absoluto de la señal de banda **filtrada**, que
incluye el transitorio de arranque del filtro (sobreimpulso). Las señales que
empiezan de forma abrupta pueden leer hasta ~1 dB de más. Es inherente a los
filtros de banda IIR (un sonómetro analógico se comporta igual), no un artefacto
del procesado.
:::

## Entrada de audio entero

Las señales enteras (p. ej. int16 de `scipy.io.wavfile.read`) se convierten
internamente a float64 antes de cualquier elevación al cuadrado, así que la
calibración y los niveles son idénticos tanto si pasas el array entero crudo
como una conversión a float.

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**Normas.** IEC 60942:2017, *Electroacoustics — Sound calibrators* — los
supuestos de nivel y clase del calibrador en `sensitivity()` (el nivel
principal de 94 dB y las tolerancias de clase de la Tabla 1) y la comprobación
de estabilidad por fluctuación de nivel a corto plazo de la grabación de
referencia (5.3.3, límites de clase 1 de la Tabla 2 según la frecuencia
nominal).
